Essais de performance sur une micro-turbine tubulaire

• Unité de recherche: OFEN
• Numéro de projet: SI/501120
• Titre du projet anglais: Performance tests on a micro-turbine for pipelines

Mots-clé (Anglais)

Hydropower; Micro-turbine; Performance; Test; Validation; Efficiency

Description succincte (Anglais)

The potential of a micro-turbine installed in drinking water networks will be analyzed with performance tests. The micro-turbine for pipelines was previously designed and optimized with numerical simulation, and now a validation through experimental tests is needed. The main objective of this study is obtaining the characteristic and efficiency curves for a prototype. The study will be performed within the scope of a PhD Thesis in LCH, EPFL, and IST, University of Lisbon in collaboration with the HES SO Valais.

Description succincte (Français)

Le potentiel d’une micro-turbine installée dans une conduite d’eau potable sera analysé par des essais de performance. La micro-turbine tubulaire a été développée et optimisée par simulation numérique et, à présent, une validation expérimentale en laboratoire est nécessaire. Le principal objectif de cette étude est d’obtenir les courbes caractéristiques et de rendement d’un prototype. L’étude sera accomplie dans le cadre d’une thèse de doctorat au LCH, EPFL et à IST, Université de Lisbonne en collaboration avec la HES SO Valais.

Rapport final (Allemand)

Die hydraulische Leistung einer axialen Picoturbine installiert in Krümmern für geringen Fallhöhen wurde im Versuchsstand der HES SO Wallis untersucht. Solche Turbinen sind für die Energierückgewinnung in Trinkwassersystemen gedacht. Ausgehend von einer Geometrie mit einem axialen Laufrad entwickelt am Wasserbaulabor der ETH Lausanne (LCH) wurde die Picoturbine entworfen und ein Prototyp im Modellmassstab 85/100 an der HES SO Wallis eingerichtet. Für die Messung der hydraulischen Leistung dieser axialen Picoturbine mit einer maximalen Ausgabeleistung von 300 W waren folgende Schritte nötig:

• Entwurf und Konstruktion der Picoturbine ausgehend vom Laufrad (Design zur Verfügung gestellt vom LCH) ;
• Bearbeitung des Laufrads (in Bronze) mit einer 5-Achsfräse;
• Herstellung verschiedener zusätzlicher Komponenten der Picoturbine (in Edelstahl);
• Montage der Picoturbine;
• Montage des elektrischen Generators (Synchronmotor) mit elektrische Versorgung;
• Instrumentierung und Kalibrierung;
• Anpassung der Steuer- und Messschnittstelle der Picoturbine;
• Definition des Messprotokolls;
• Messung der hydraulischen Leistung.

Der vorliegende Bericht beschreibt die gemessenen Kennlinien der Picoturbine, welche entsprechend der IEC 60193 Standardvorgaben ermittelt wurden. Das mechanische Konzept und der detaillierte experimentelle Versuchsaufbau sind ebenfalls im Bericht beschrieben.

Rapport final (Anglais)

The hydraulic performances of an axial low-head pico-turbine, being intended for recovering energy in drinking water networks, have been assessed at the testing platform of the HES SO Valais. Starting from the geometry of the axial runner provided by EPFL-Laboratory for Hydraulic Constructions (LCH), the pico-turbine has been designed, executed and set up on the HES-SO Valais test rig at a model scale (85/100). In order to measure the hydraulic performances of this axial pico-turbine with a maximal output power of 300 W, the main steps performed from the design to the experimental measurements are:

• Mechanical design of a pico-turbine adapted to the runner (provided by LCH) ;
• Machining of the runner (in Bronze) on a 5-axis milling machine ;
• Manufacturing of different components (in Stainless Steel) of the pico-turbine ;
• Mechanical assembly of the machine;
• Assembly of the electrical generator (synchronous motor) and electrical connection ;
• Instrumentation and calibration ;
• Adaptation of the control and measurements interface dedicated to the pico-turbine ;
• Definition of the measurements protocol;
• Measurements of hydraulic performance.

The present report comes describes the obtained hydraulic characteristic curves of the pico-turbine measured following the IEC 60193 standard recommendations. The mechanical concept and the full experimental set-up are included as well.

Rapport final (Français)

Les performances d’une pico-turbine axiale basse chute en coude, destinée à la récupération d’énergie sur les réseaux d’eau potable, ont été évaluées sur le stand d’essai de la HES SO Valais. En partant de la géométrie de la roue fournie par le Laboratoire de Constructions Hydrauliques de l’EPFL (LCH), la turbine a été conçue, exécutée et implantée sur le banc d’essais de la HES-SO Valais à l’échelle modèle (85/100). Afin de pouvoir évaluer les performances hydrauliques de cette picoturbine axiale en coude d’une puissance maximale de 300W, les principales étapes franchies de la conception jusqu’aux mesures expérimentales sont :

• Design mécanique de la pico-turbine adapté à la roue (design fourni par le LCH) ;
• Exécution de la roue (en bronze) sur une machine d’usinage à 5-axes ;
• Exécution des différents éléments (en acier inoxydable) de la pico-turbine ;
• Montage mécanique de l’assemblage global ;
• Montage de la génératrice (moteur synchrone) et raccordement électrique ;
• Instrumentation et calibration ;
• Adaptation de l’interface de contrôle et mesures dédiée à la pico-turbine ;
• Définition du protocole de mesures ;
• Mesures de performance hydraulique.

Ce rapport fournit les courbes caractéristiques hydrauliques de la pico-turbine mesurées en suivant les prescriptions de la norme CEI 60193. Le concept mécanique ainsi que le setup expérimental complet sont également inclus.

Documents annexés

• Essais de performance sur une micro-turbine tubulaire - Rapport final [PDF] 4'739 kB